JPH0719934B2 - レーザダイオードアレー及びその製造方法 - Google Patents
レーザダイオードアレー及びその製造方法Info
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Description
ー(LASER Diode Array)及びその製造方法に関し、特に
高出力の時安定された出力モードを持つ位相固定形レー
ザダイオードアレー及びその製造方法に関する。光通信
技術と半導体を利用した電子産業技術の発展に負って光
電子産業時代で入ることに沿って情報伝送や記録等の分
野において、小型でありながら効率と信頼性が高い半導
体レーザ(Laser Diode;以下LDという)が脚光を浴び
ている。
いるSiやGeのようないわゆる間接遷移型(indirect
transition type)物質でなく、GaAsのような混晶
(Compound semiconductor material)の直接遷移型(di
rect transition type)の物質特性が優秀な化合物半導
体に関する研究が活発に進行されている。このような化
合物半導体はSiに比して電子の速度が非常に大きく
て、高周波、直接遷移型、低消費電力、半絶縁性(〜1
07 Ωcm)等の優秀な電子物特性を持っている。従っ
て、GaAsのような直接遷移型の半導体は電子(elec
tron)とホール(hole)の再結合(recombination)時の
運動量が保存される遷移をする。それ故に発行領域で注
入された電荷の寿命が極めて短いこと(普通数ns未
満)により発光強度が強くて又電流の変化に対する光応
答が高速であるので高速変調を必要とする分野即ち、光
通信光源で広く使用されている。
bstrate Inner Stripe)型LDの垂直断面図である。上
記VSIS型LDはN型GaAs基板1の表面にN型G
aAs電流制限層2が形成されている。上記N型GaA
s基板1と電流制御層2がメサエッチング(Mesa etchi
ng)されV−チャンネル(V−channel)がストライプ〓
(Stripe)形態で形成されている。又上記N型GaAs
電流制限層2の上部へN型AlxGal−xAs層3,
P型GaAs層4,P型AlxGal−xAs層5,P
+型GaAs層6が順次的に積層されている。上記でN
型AlxGal−xAs層は第1クラッド層で、P型G
aAs層4は活性層で、P型AlxGal−xAs層5
は第2クラッド層に、P+型GaAs層6はキャップ層
に利用される。上記で第1クラッド層3は上記V−チャ
ンネルを詰めて上記N型GaAs基板1と電気的に連結
されて形成される。かつ上記P+型GaAs層6の上部
にP型電極7が形成されてあるし、上記N型GaAs基
板1の下部にはN型電極8が形成されている。そして、
上記V−チャンネルと直交する面は鏡面である。
7とN型電極8の間に電圧を印加すると電極を通って注
入される電子と正孔が活性層4で再結合されて光を発生
する。上記で発生される光をP型GaAs層4内に制限
するためにP型GaAs層4の屈折率はN型AlxGa
l−xAs層3及びP型AlxGal−xAs層5より
大きくてエネルギーバンドギャップ(energy band gap)
は小さく選択されなければならない。従って、化合物組
成比の条件は0<x<1を満足しなければならない。そ
して、上記V−チャンネルの直交面は鏡面で発生された
光が吸収されないで反射又は放出する。
簡単に説明する。N型GaAs基板1上にN型GaAs
層2を形成した後メサエッチングしてV−チャンネルを
形成する。又、N型GaAs層2の上部へN型AlxG
al−xAs層3,P型GaAs層4,P型AlxGa
l−xAs層5,P+型GaAs層をMBE(Molecular
Beam Epitaxy)等の方法により順次的に形成する。そ
の次上記P+型GaAs層6の上部へAu/Zn:Au
に成ったP型電極7が、上記N型GaAs基板1の下部
へAu/Ge:Ni:Auに成ったN型電極8が形成さ
れている。上記P型電極7及びN型電極8は上記P+型
GaAs層6とN型GaAs基板1と各々のオーム接触
(Ohmic contact)を成す。
制限層2を成長させた後、上記の層を再び成長させる二
段階のエピタキシを経るべき問題点があった。又、鏡面
のあたりで結晶結合によるトラップ(trap) が発生され
やすい。このようなトラップはエネルギーバンドギャッ
プを狭くして高出力時鏡面がたくさんの光りを吸収する
ようになり破壊される問題点があった。又、レーザ発振
の時モード(mode) が不安定し、モードの再現性の問題
点があった。
力効率及びモード調節が安定化され再現性次元で優秀な
効果の高集積化を成すことのできるレーザダイオードア
レーを提供することにある。又、この発明の他の目的は
上記のようなレーザダイオードアレーの製造方法を提供
することにある。
するためのこの発明の特徴はレーザダイオードアレーに
おいて、多数のV−チャンネルが形成された第1導電形
化合物半導体基板上のV−チャンネル面には第2導電形
がV−チャンネル面の外部領域には第1導電形になる第
1半導体層と、上記第1半導体層の上部に形成され第1
クラッド層になる第1導電形の第2半導体層と、上記第
2半導体層の上部へ形成され活性層になる第2導電形の
第3半導体層と、上記第3半導体層の上部へ形成され、
第2クラッド層になる第2導電形の第4半導体層と、上
記第4半導体層の上部へ形成されキャップ層になる第2
導電形の第5半導体層と、上記第5半導体層の上部へ形
成された第2導電形の電極と、上記第1導電形化合物半
導体基板上の下部へ形成された第1導電形の電極に成る
ことを特徴とする。
はレーザダイオードアレーの製造方法において、第1導
電形化合物半導体基板をメサエッチングして多数のV−
チャンネルを形成する工程と、上記多数のV−チャンネ
ルが形成された第1導電形半導体基板の全表面に第1,
第2,第3,第4,第5半導体層を順次的に形成する工
程と、上記第5半導体層の上部へ第2導電形電極を上記
第1導電形化合物半導体基板上の下部へ第1導電形電極
を各々の形成する工程に成ることを特徴とする。
詳細に説明する。図2はこの発明によるLDアレーの垂
直断面図である。上記{100}結晶面を持つN型Ga
As基板11はメサエッチングされ多数のV−チャンネ
ルが形成されている。上記多数のV−チャンネルが形成
されたN型GaAs基板11上のV−チャンネル面にP
型GaAs層(第1半導体層13)とV−チャンネル面
の外部領域にはN型GaAs層(第1半導体層;15)
が形成されてあるし、このP型とN型GaAs層13,
15の上部にN型AlxGal−xAs層(第2半導体
層;17),P型GaAs層(第3半導体層;19),
P型AlxGal−xAs層(第4半導体層;21),
P+型GaAs層(第5半導体層;23)の構造で順次
的に積層されている。
s基板11のV−チャンネル面は{111}A結晶面へ
V−チャンネル面の外部領域は{100}結晶面に形成
されている。上記{111}A結晶面はGaが露出され
るようにエッチングされた面である。従って、Siがド
ーピングされたGaAs層をMBE方法で結晶成長させ
る時Siは{111}A結晶面にはP−ドーパント(do
pant) になり{100}結晶面ではN−ドーパントにな
ることを利用して上記V−チャンネル面はP型、V−チ
ャンネル面の外部領域はN型になり電子の流れを制御す
るGaAs電流制限層13,15で利用される。又、上
記でN型AlxGal−xAs層17は第1クラッド層
で、P型GaAs層19は活性層で、P型AlxGal
−xAs層21は第2クラッド層で、P+型GaAs層
23はキャップ層に利用される。
内に局限されるためにP型GaAs層19の屈折率はN
型AlxGal−xAs層17及びP型AlxGal−
xAs層21より大きくてエネルギーバンドギャップは
小さく選択しなければならない。従って化合物組成比の
条件は0<x<1を満足しなければならない。又、上記
V−チャンネル面の外部領域は上記P型GaAs層19
で発生される光のモードを安定化させる。上記P+型G
aAs層23の上部へAu/Zn:Auに成ったP型電
極25が、上記N型GaAs基板11の下部へAu/G
e:Ni:Auに成ったN型電極27が形成されてい
る。上記P型電極25及びN型電極27は上記P+型G
aAs層23とN型GaAs基板11と各々オーム接触
を成す。
光領域29になる。3,4,5図はこの発明によるLD
アレーの製造工程図である。図3を参照すると、{10
0}結晶面を持つN型GaAs基板11上にメサエッチ
ングし多数のV−チャンネルを形成する。この時、V−
チャンネルを形成するための化学薬品、即ち、エッチン
グ液(etchant)としては燐酸と過酸化水素を使用したエ
ッチング液のH3PO4:H2O2=1:10の混合液を使
用してエッチングする。上記V−チャンネによりGaが
露出された面は{111}A結晶面を持つ。
ネルが形成されたN型GaAs基板11上にP型及びN
型GaAs層13,15,N型AlxGal−xAs層
17,P型GaAs層19,P型AlxGal−xAs
層21及びP+型GaAs層23を600〜800℃の
混度でMBE(Molecular Beam Epitaxy)方法により順
次的に形成する。特に、MBEは結晶層を成長させるこ
とにおいて厚さの制御面で精密度が優秀である。上記S
iがドーピングされたGaAs層13,15をMBEで
結晶成長を行う時Si−ドーパントが{100}結晶面
上ではN型ドーパントになり、{111}A結晶面上で
はP型ドーパントになるので上記V−チャンネル面の
{111}A結晶面上にはP型GaAs層13が形成さ
れ、V−チャンネル面の外部領域の〓{100}結晶面
上にはN型GaAs層15が形成される。
層13,15は電流制限層に利用される。上記電流制限
層13,15は電子がV−チャンネル面では通過するこ
とができないで、V−チャンネルの間の領域へだけ通過
させる電子の流れを制御した役割をする。上記N型Al
xGal−xAs層17は第1クラッド層に、P型Al
xGal−xAs層21は第2クラッド層で利用される
ものでSi又はTe等の不純物が5×1016〜5×10
17イオン/cm3程でドーピングされ1μm程の厚さで各
々形成される。又上記P型GaAs層19は活性層に利
用されるもので0.2μm程の厚さで形成される。そし
てP+型GaAs層23はキャップ層で利用されるもの
でSi又はTe等の不純物が1×1019イオン/cm3程
の高濃度でドーピングされて0.5μm程の厚さで形成
する。
光領域29を示したものである。図5を参照すると上記
P+型GaAs層23上部へP型電極25を、N型Ga
As基板11上の下部へN型電極27を各々形成する。
上記でP型電極25はAu/Zn:Auに成った合金が
使用され、N型電極27はAu/Ge:Ni:Auに成
った合金が使用され各々オーム接触を成す。上述したよ
うにSiがドーピングされたGaAs層をMBEで結晶
成長を行う時Siが{111}A結晶面にP−ドーパン
トで、{100}結晶面でN−ドーパントで作用するこ
とを利用したもので多数のV−チャンネルを持つレーザ
ダイオードアレーは互に近接した各々のレーザ素子から
出力されるビーム(beam) が相互結合されて全体の放射
ビームを単一凝集即ち、位相固定された高出力特性を持
つようになる。
されたN型GaAs基板を利用してV−チャンネルによ
るLDアレーを形成することにより従来の平面構造の上
に発光領域と絶縁領域を交代で具現したLDアレーでは
期待しにくい光出力効率及びモード調節が安定化され収
率向上といっしょに素子の再現性が優秀な利点がある。
又、一度のエピタキシ成長を行うことにより製造工程が
容易な利点がある。又、この発明の実施例をGaAs系
列物質で見えたがInP系列半導体がGaAs系列の代
りに使用されることもできる。
図。
ーの垂直断面図。
ーの製造工程図である。
ーの製造工程図である。
ーの製造工程図である。
Claims (8)
- 【請求項1】 レーザダイオードアレーにおいて、多数
のV−チャンネルが形成された第1導電形化合物半導体
基板上のV−チャンネル面には第2導電形がV−チャン
ネル面の外部領域には第1導電形になる第1半導体層
と、上記第1半導体層の上部へ形成され第1クラッド層
になる第1導電形の第2半導体層と、上記第2半導体層
の上部へ形成され活性層になる第2導電形の第3半導体
層と、上記第3半導体層の上部へ形成され第2クラッド
層になる第2導電形の第3半導体層と、上記第3半導体
層の上部へ形成され第2クラッド層になる第2導電形の
第4半導体層と、上記第4半導体層の上部へ形成されキ
ャップ層になる第2導電形の第5半導体層と、上記第5
半導体層の上部へ形成された第2導電形の電極と、上記
第1導電形化合物半導体基板上の下部へ形成された第1
導電形の電極に成ることを特徴とするレーザダイオード
アレー。 - 【請求項2】 上記第1導電形化合物半導体基板はGa
Asであることを特徴とする請求項1記載のレーザダイ
オードアレー。 - 【請求項3】 上記第1導電形はN型であり、第2導電
形はP型であることを特徴とする請求項1記載のレーザ
ダイオードアレー。 - 【請求項4】 上記第1導電形化合物半導体基板は{1
00}結晶面であることを特徴とする請求項1記載のレ
ーザダイオードアレー。 - 【請求項5】 上記V−チャンネル面は{111}A結
晶面、V−チャンネル面の外部領域は{100}結晶面
であることを特徴とする請求項1記載のレーザダイオー
ドアレー。 - 【請求項6】 レーザダイオードアレーの製造方法にお
いて、N型化合物半導体基板をメサエッチングして多数
のV−チャンネルを形成する工程と、上記多数のV−チ
ャンネルが形成されたN型半導体基板の全表面に第1,
第2,第3,第4,第5半導体層を順次的に形成する工
程と、上記第5半導体層の上部へ第2導電形電極を上記
N型化合物半導体基板上の下部へ第1導電形電極を各々
の形成する工程に成ることを特徴とするレーザダイオー
ドアレーの製造方法。 - 【請求項7】 上記半導体層はMBE方法に形成するこ
とを特徴とする請求項6記載のレーザダイオードアレー
の製造方法。 - 【請求項8】 上記第1半導体層はSi がドーピングさ
れたGaAs層であることを特徴とする請求項6記載の
レーザダイオードアレーの製造方法。
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